电子技术基础

第二章内容提要第二章基本放大电路内容提要本章先以单管共射极放大电路为例，阐明放大电路的组成原则以及实现放大作用的基本原理。然后介绍电子电路的最常用的两种分析方法—图解法和微变等效电路法，并利用上述方法分析单管共射极放大电路的静态工作点和动态参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。由于温度变化将对半导体器件的参数产生影响，进而引起放大电路静态工作点的变动，为此，介绍了一种分压式静态工作点稳定电路。此外，还介绍了共集电极和共基极放大电路。在双极型三极管放大电路的基础上，介绍了场效应管（单极型三极管）放大电路的特点和分析方法。2.3基本共射极放大电路2.5工作点稳定的放大电路2.8三种接法的比较2.6共集电极放大电路2.4放大电路的分析方法2.2放大电路的主要性能指标2.1放大的概念第二章目录2.7共基极放大电路2.9复合管放大电路2.10场效应管放大电路2.1放大的概念放大要求——变化量幅度增大、波形失真小对象——变化量实质——能量转换和控制放大作用涉及到变化量的概念。即输入信号有个较小的变化量时，要求在负载上得到一个较大变化量的输出信号。由此可见，所谓的放大作用，其放大的对象是变化量。放大电路的放大倍数就是输出信号与输入信号变化量之比。USUiUoRS+++___...RL放大电路信号源负载直流电源iIoI1、电压放大倍数Au=UoUi...2、输入电阻Ri=UiIi2.2放大电路的主要性能指标信号源负载一、小交流信号指标oussUAUiisisURURRooiiususisisUUURAAUUURR交流通路Ri与Rs有关?3、输出电阻oI(1)ooLoURRU(1)Ro=UoIoUS=0RL=(2)Ro与RL有关?二、大交流信号指标最大不失真输出电压幅值有效值峰－峰值()omMU()oMU2()omMU2.3.1电路的组成原则一、电路结构RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置电阻集电极负载电阻耦合电容直流电源公共端放大元件2.3共射极放大电路二、电路元件作用1.T：放大元件，是电路的核心，工作在放大区。iC=iB2.VCC:为电路提供能量，并保证集电结反偏。一般为几伏~几十伏。3.RC：将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的放大。一般为几千欧~几十千欧。4.VBB、RB：保证发射结正偏，并为电路提供大小合适的静态IB。RB一般为几十千欧~几百千欧。5.C1、C2：隔直通交。隔离输入、输出与电路直流的联系，同时能使交流信号顺利输入输出。其为电解电容，有极性，一般为10F~50F。在一定的频率范围内，C1、C2上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。三、电路主要特点(1)交直流共存(2)非线性直流通路交流通路图解法(特性曲线)等效电路法（直流模型＋交流模型）RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo单电源供电+VCCRBRCC1C2Tuoui++2.3.2放大电路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC1C2Tuoui+++VCCRBRCT直流通路交流通路uiuoRCRBTui=0C1、C2断路VCC=0C1、C2短路2.3.３组成原则1、必须有直流源，使Je正偏、Jc反偏；并与电阻配合，形成合适的静态工作点2、交流信号必须：“加得进”（ui导致ube）“取得出”（iC导致uo）3、交直流配合适当，管子始终工作在放大区。直流通路交流通路Ｑ点要设置合适，使得加上交流后，管子始终工作在放大区图(a)中，没有设置静态偏置，即IBQ=0，不能放大课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？uoVCCRCC1C2TRLui(a)+++RCT+VCCRBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)+++图(b)中，有静态偏置,但ui=0，ube=0，所以不能放大。RBRLuoui(b)RC图(c)中，有静态偏置,ube=ui,有ib和ic,但uo=0,所以不能放大交流电压信号。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1++RBRLuoui直接耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路直接耦合和阻容耦合用组成原则判断?放大电路与信号源直接相连放大电路与负载直接相连放大电路与信号源通过电容相连放大电路与负载通过电容相连电路主要特点(1)交直流共存(2)非线性用直流通路作静态分析用交流通路作动态分析图解法(非线性)等效电路法(线性化)直流模型特性曲线+直流负载线特性曲线+交流负载线交流模型先静态分析后动态分析2.4.1放大电路的静态分析静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ。可用放大电路的直流通路来分析。放大电路没有输入信号(ui=0)时的工作状态称为静态。放大电路建立合适的静态值，是为了使三极管在加入交流信号后也始终工作在放大区，以保证信号不失真。2.4放大电路的分析方法放大电路有输入信号时的工作状态称为加入了动态。加入输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量。动态分析指交流分量的分析。可用放大电路的交流通路来分析。2.4.3放大电路的动态分析1、用直流模型分析放大电路的静态值RCICQUCEQUBEQRBIBQ+VCCIEQ+VCCRBRCC1C2Tuoui++RLRSus+直流通路等效电路法ecbTIBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQ+VCCRCICQUCEQUBEQRBIBQ+VCCIEQ代替ＴRCUCEQUBEQRB+VCCIEQBECIBQ=VCC–UBEQRBICQ=IBQUCEQ=VCCICQRCUBEQ=UD=0.7VUDIBQ估算法IBQICQ２．用交流模型分析放大电路的动态指标交流通路TuiuoRCRBibicRSus+RLBCE利用晶体管的交流模型分析其动态指标的方法，称微变等效电路法。+VCCRBRCC1C2Tuoui++RLRSus+uberbeeibibicucebcecbTcbeTEUo•Ui•Us•RCRLRBRS+BC微变等效电路TuiuoRCRBibicRSus+RLBCE交流通路Ib•Ib•Ic•1.电压放大倍数rbeEUo•Ib•Ib•Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+BC若输出端开路(RL=)，则RCrbeAu=•由此可见，带负载后，电压放大倍数|Au|。上式中的负号说明Uo与Ui反相。•••Au•=rbe（RC//RL）=Uo•Ui•Ib•–Ib•=–（RC//RL）rbe=–RLrbe26()()bebbbebbBQmvrrrrImARSuSRiui+Aus=•Uo•Us•=AuRiRs+Ri•=Ui•Us•Uo•Ui•称为源电压放大倍数usA2.放大电路的输入电阻若RBrbe，则RirbeRB//rbe=IiRi=UiRirbeEUo•Ib•Ib•Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+BCrbeEUo•Ib•Ib•Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+BCIi•3.放大电路的输出电阻可用外加电压法求RoRorbeEUo•Ib•Ib•Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+BCIo•Ro=UoIoUS=0RL==RC?)(MomU作业:2.2,2.3(a),(b),(c),2.14讲1.16(1.5V),1.19(e)１、用图解法分析放大电路的静态值+VCCRBRCTuＢE=VCCiＢRＢ输入特性曲线直流负载线+VCCT+-uＢERＢiＢ图解法0VCCRＢVCCQiＢ/AuＢE/V静态工作点直流负载线在三极管输入特性曲线坐标上画直流负载线uＢE=VCCiＢRＢiＢ=1RＢuＢE+VCCRＢIＢQUＢEQ0.7?BEQDUUV+VCCRBRCT+VCCRCTiC+-uCEuCE=VCCiCRC输出特性曲线直流负载线0VCCRCVCCQiC/mAuCE/V静态工作点直流负载线1.找到IBQ那条曲线IBQ2.在三极管输出特性曲线坐标上画直流负载线uCE=VCCiCRCiC=1RCuCE+VCCRCICQUCEQＤＣ负载线：过Ｑ点，斜率－１／ＲＣ?CQBQII一、Vcc和RC不变,RB增大为RB，IBQ减小为IBQ2.4.2.静态工作点与电路参数的关系0IB=0µAVCCRCVCCQiC/mAuCE/VIBQIBQ=VCC–UBEQRBIBQQ二、Vcc和RB不变,RC增大为RC0IB=0µAVCCRCVCCQiC/mAuCE/VIBQVCCRCQ三、RC和RB不变，VCC减小为VCC´0IB=0µAVCCRCVCCQiC/mAuCE/VIBQVCCRCQVCCIBQIBQ=VCC–UBEQRB1.输出端开路VCCRBRCC1C2TuBEuCEiBiCuiuo++++RSus２、用图解法分析放大电路的动态指标交流通路uce=uo=icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+ube=ui=UimSintuBE=UBE+ube=UBEQUimsint+tuBE/V0UBEQube=UBE/V0UBEQt+0ube/VUimtui为一微小正弦信号ＡＣ负载线：过Ｑ点，斜率－１／ＲＣ()CECEQCCEQcuUiIR0iBµAuBE/VQ00UBEQttµAiBibiB=IBQ+ib在输入特性上作图uBE/VIBQIBQUBEQube/V0Ibm12ibubeui画DＣ负载线0Qt0ICQicUCEQUcemuce(uo)uCE/VuCE/V在输出特性上作图ic=ib先画DＣ负载线iC/mAiC/mAVCCRCVCC电压放大倍数Au=－UcemUimuce/uo0IBQ+IbmIBQ-IbmIBQ再画AＣ负载线ib0ic??oiRR2.输出端接负载交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+RL_icuce=1RL=–icuce(RC//RL)=–icRL=uo()CECEQCCEQLuUiIRＡＣ负载线：过Ｑ点，斜率－１／LR带载交流负载线带负载后，Uom减小,｜Au｜下降作交流负载线带载输出电压0Qt0ICQicUCEQuce(uo)uCE/VuCE/ViC/mAiC/mAVCCRCVCCICQRLuce/uo0IBQIBQ+IbmIBQ－Ibmib00Q01.静态工作点偏高引起饱和失真ic正半周变平uCE/V三、用图解法分析非线性失真uo,uce波形uce负半周变平饱和失真uCE/ViC/mAiC/mAtuce0IBQ+IbmIBQ－IbmIBQ交流负载线()?omMUib0CC,CB?PNPuBE/V0Q00iB/µAiB/µAuBE/V2.静态工作点偏低引起截止失真ibtubeuitIBＱUBEＱIBＱ0ibIbm000Qic（2）工作点偏低引起ic、uce(uo)失真uCEuCE/V截止失真uo波形iC/mAiC/mAuce正半周变平tIBQ+IbmIBQUCEQICQuce0交流负载线()?omMU00ibCC,CB?PNPibebcceouuiiuu阻容CE:,beioceuuuu0Q1uCE/V三、用图解法分析非线性失真iC/mA交流负载线()?omMUUCESUCEQ1Q2UCEQ2ICQQCEQCESCQLUUIRICQ2ICQ1四、结论一、为了不失真地放大交变电压信号,必须给放大电路设置合适的静态工作点。二、放大电路中的信号是交直流共存即：uCE=UCEQ+uceiC=ICQ+iciB=IBQ+ibuBE=UBEQ+ube虽然交流量可正负变化，但总量方向始终不变。三、输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反(CE).2.5.1温度对静态工作点的影响由前面的分析可知，放大电路的多项重要技术指标均与静态工作点的位置密切相关，因此，如何使静态工作点稳定是一个十分重要的问题。而使静态工作点不稳定的因素很多，如：温度的变化、管子的老化、电源电压的波动等。其中，温度对静态工作点的影响最为